复合驱油体系物理化学渗流机理研究

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1、复合驱油体系物理化学渗流机理研究摘要:复合驱汕体系内含有各种化学剂，这些化学剂与油层宕石间的相互作用及化学剂在各相屮的分配与化学反应，都会影响到复合驱物理化学渗流的机理和规律。在前人研究的基础上系统的阐述了复合驱油过程中的物理化学作用和驱油机理:此外，将复合驱过程中的物理化学影响因素归纳为几个等效因素，可以将复合驱物理化学渗流方程归纳为带吸附作用的对流扩散方程结果表明：复合体系在亲水和亲汕多孔介质屮的驱油渗流机理有很人的不同亲水条件下，复合体系驱油的主要特征是原油被驱油体系夹带运移通过喉道:亲油条件下，复合体

2、系驱油的主要特征是体系进入孔隙与原油形成油包水型乳状液，并可变形通过喉道。给出的渗流方程讨用来预测化学剂的传输规律。三元复合体系是由碱、表面活性剂及聚合物组成的流体。由于各化学剂的物理化学性质差异，因而在液液和液固相互作用屮的损耗和在渗流时的运移滞后程度不同。各化学剂有各自的运移前沿，随着运移距离的延伸，在某空间位置上，各化学剂的相对浓度出现差异，这就是复合驱油体系渗流的规律性特征。具体表现决定于流体性质:组成、结构、相态、流变性等；多孔介质性质:矿物成分、表面性质、比表面积、渗透率、孔隙度及非均质性等；渗流

3、环境条件:液液及液固作用、离子强度、温度、流速、压力等。1化学驱油过程中的物理化学作用1.1吸附作用吸附的发生源起于物体表面上原子或分了力场的不饱和，即Gibbs表面剩余自巾能的存在。物质总是力图缩小其表面自由能，即表面张力。这种趋势可以通过减少表面积来满足，也可以吸附与其相邻的物质分子以减少其本身的表面自由能，这就是吸附的原理。根据吸附机理的不同，吸附作用可以分为静态吸附和动态滞留两种类型。由于各种化学剂分了的结构和物理化学性质不同，因而它们在岩石矿物上的吸附能力和吸附量不同。1.2化学反应碱液和阴离子表面

4、活性剂与钙、镁离子反应，形成结晶沉淀，并造成了这些化学剂的损耗。这个问题主要是由于三元复合驱中加入的⑶广浓度大，遇到注入水中的Ca2+、Mg2+等阳离子所引起的。垢的主要成分为非晶质SiO2。1.3离子交换作用油层都含有粘上矿物，它们与油、水长期共存，各种离子处于平衡状态。当复合体系注入后，由于体系中的各种离子与油层中的离子浓度不同，就会产生离子交换现象。最常见的是钠离子交换，它将消耗一部分碱和表面活性剂。1.4表面活性剂在原油中的分配表面活性剂是亲水和亲油的两亲性物质，因而在与原油接触后，它会向原汕中转移，

5、水相中表面活性剂浓度相对减少，造成表面活性剂的损耗。随着水相中表面活性剂浓度的增大，油相中其浓度也有所增加，但增加速率远小于水相。1.5原油的乳化驱油体系与原油的乳化问题也是影响复合驱发展的原因。原油乳化与油水性质、化学试剂类型和浓度、含水率、外力等因素有关。强乳化剂在弱力作用下就可与原油乳化，弱乳化剂必须在强力作用下才可发生乳化。如果表面活性剂选择不当，复合体系在油层中，与原油会发生严重的乳化作用。虽然对驱油非常宥利，但将大幅度提高注入压力，导致注入及产出液的分离处理困难。1.6色谱分离作用三元复合驱油体系

6、在油层内流动时，碱、表面活性剂和聚合物之间的差速运移现象称为色谱分离，它是混合液在多孔介质中运移时的一种特征。当三元复合体系流经不同性质的油层吋，将会发生程度不同的色谱分离，其流动顺序为：聚合物在前，碱紧随其后，表面活性剂较为滞后。2不同油层润湿性下的渗流机理根据岩石与地层流体的接触关系，汕层润湿性分为汕润湿、水润湿和中性润湿三类。在水润湿系统中，水趋向于占据小孔隙并尽量大面积地与岩石表面接触；在油润湿系统中，油和水的分布与水润湿系统中的情况相反，当岩石既不偏向油也不偏向水时，被称为中性润湿系统。不同油层润湿

7、性条件复合体系的微观渗流机理不同。1.1亲水模型在亲水模型中，水驱残余油分布在未被水波及的孔隙群中，或者被水波及的孔喉比较大的孔隙和孔隙群中。当复合体系注入后，由于与油的界面张力降低，残余油珠变形、拉伸并进一步乳化。对于某些高酸值原油，乳化程度更大，被驱替液夹带运移，油珠改变形态，可以容易的通过喉道，以各种形态被夹带向前运动。在渗流过程屮，残余油珠的变形主要受两种力的影响。①驱替液的剪切应力，它与相对运动速度和界面粘度有关；②驱替液与汕的界面张力。当剪切力大于界面张力的影响吋，拉长的油丝就发生断裂，形成水包油

8、珠，被驱替液夾带流动。当界面张力非常低的时候，即使流体只有很小的扰动，也会产生乳化。乳化的油珠可以通过更小的孔隙喉道。乳化过程并不是完全可逆的，只要界面张力瞬时达到超低，就产生乳化即使瞬吋后界面张力有所上升，乳化后的油珠也不鉍聚并。2.2亲油模型水驱残余油以油膜形态存在于孔道表面或小孔道中，当复合体系注入后，与残余油接触，使附着于孔道表面的残余油膜变形，沿孔道表面流动。从岩石颗粒延伸下来的条带状或丝